JPH11160521A

JPH11160521A - カラ−フィルタの製造法

Info

Publication number: JPH11160521A
Application number: JP32843797A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yamaguchi; 正利山口; Hidekuni Tomono; 秀邦伴野; Yasushi Sugimoto; 靖杉本; Takeshi Yoshida; 健吉田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】隣接画素への残渣が無く混色の無い、カラーフ
ィルタの製造法を提供するものである。【解決手段】透光性基板に所定のＢＭ等の画素区画膜を
形成し、感光性樹脂着色層を形成し、透光性基板の画素
区画膜が形成された面の裏面に所定の開口部を有するマ
スクを配置し、マスク開口部を通して透光性基板の裏面
から感光性樹脂着色層に活性光線を照射し、現像によっ
て所定画素を形成する工程を所定回数行うカラーフィル
タの製造方法であって、前記感光性樹脂のγ値が５５°
〜９０°であることを特徴とするカラーフィルタの製造
法。光の回折により発生するフォトマスク遮光部下に回
り込んだ光に対し感光しないせず、隣接画素への残渣発
生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示装
置等に使用されるカラ−フィルタの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ティスプレイ（以下ＬＣＤと略す）
は、薄型、小型、低消費電力などの特長を生かし、現
在、時計、電卓、ＴＶ、パソコン等の表示部に用いられ
ている。更に近年、カラーＬＣＤが開発されＯＡ・ＡＶ
機器を中心にナビゲーションシステム、ビュウファイン
ダーなど数多くの用途に使われ始めており、その市場は
今後、急激に拡大するものと予想されている。

【０００３】ＬＣＤをカラー表示させるための遮光層カ
ラーフィルタは、図５に示すように格子状パターンのＢ
Ｍ（ブラックマトリックス、遮光層）１が形成されたガ
ラス板等の基板２上に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）から
なるカラー画素３（約１００×３００×２μｍ）を順次
形成し、その上に透明なオーバーコート（ＯＣ）４を形
成したものである。５は偏光板、６はＩＴＯ電極であ
る。

【０００４】カラーＬＣＤは、カラーフィルタ７をＬＣ
Ｄ内部に設置し、バックライト光をカラーフィルタに透
過することによって表示画面をカラー化できる。８は配
向膜、９は液晶、１０はシ−ル材、１１はトップコ−ト
層、１２はＩＴＯ電極、１３はガラス板等の基板、１４
は偏光板である。

【０００５】現在、カラーフィルタは主に染色法を用い
て製造されている。しかし、この方法はガラス基板上に
透明な感光性樹脂を塗布、乾燥、露光、現像によって画
素を形成後、染料を用いて染色しその後、混色防止層を
形成するといった工程を３回繰り返し行う必要があるた
め、工程数が多くコスト高となる。また、着色剤として
染料を用いているため、カラーフィルタの重要課題であ
る信頼性（耐候性・耐熱性）が劣るという欠点がある。
そこで、着色剤として顔料を用いたカラーフィルタがい
くつか提案されており、その中に電着法、印刷法、フォ
トリソ法（フォトリソグラフィー法）がある。

【０００６】しかし、電着法は電極パターンを形成する
必要があるため（１）パターンの自由度が少ない（２）
コストが高い、また印刷法は（１）大型基板の位置合わ
せが難しく解像度が低いため微細化の対応が困難、
（２）パターンの平坦性が劣る、などの問題があり、現
状ではフォトリソ法が主流と考えられている。フォトリ
ソ法には、液状レジスト法とフィルム転写法が考えられ
る。液状レジスト法は、感光性樹脂中に顔料を分散させ
たワニスをスピンナーでガラス基板上に塗布、乾燥後、
露光、現像によってカラー画素が形成される。一方、フ
ィルム転写法は、プリント板用感光性フィルムと同様に
ワニスをフィルム化したものであり、基板にラミネート
後、露光、現像によってカラー画素が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、画素区画膜（Ｂ
Ｍ等）には高い遮光性を有する遮光層が求められ、単位
膜厚当りの光学濃度が高い金属クロムが適用されてき
た。薄膜トランジスタ型（ＴＦＴ）液晶では遮光層の光
学濃度はＴＦＴの誤動作を防止するため３以上必要であ
り、この光学濃度を達成するには金属クロムでは厚みが
０．１５μｍあれば十分であった。しかし、金属クロム
反射率が高いため、ＬＣＤにした時、外光の反射が高く
なり視認性を低下させるなどの問題があった。そこで、
反射率を低下させるため、酸化クロムを積層する方法な
ど採られ、視認性は向上している。しかしながら、金属
クロム、酸化クロムを形成するには、スパッタリングな
どの真空蒸着法によるため、コストが高いという問題が
あった。この問題を解決するため、光硬化性樹脂にカー
ボンなどの黒着色層料を分散させたもの、熱硬化性樹脂
にグラファイトを分散させた樹脂遮光層が採用されつつ
ある。

【０００８】また、樹脂遮光層は金属遮光層と比べ、必
要な吸光度を得るには膜厚を厚くする必要がある。下地
である樹脂遮光層の厚みが大きくなる事により、その次
に形成される複数色の画素に図６に示す様な画素突起１
６が発生し、平坦性が損なわれてしまう問題があった。
この平坦性を改善するのに特許番号２５８７６５３や特
開平７−１２０６０８に示される画素をフォトマスクを
介して裏面側から露光し、遮光層をフォトマスクの一部
として利用する背面露光法が提案されている。しかし、
フォトマスクと感光層の間にガラス厚み分のギャップが
生じるため、フォトマスクからの回折光が原因となり感
光すべきではない隣接画素まで感光して現像しても図７
に示す様に残渣２１が発生し、混色となってしまう問題
があった。

【０００９】ネガ型感光性着色層の感光特性を図２に示
す。露光量Ａ以上では現像後の膜厚は一定となるがＡ以
下では露光量を小さくすると直線的に膜厚が減少する。
所定膜厚得るには最低露光量Ａ以上は必要となる。フォ
トマスクに光を照射した時の光の回折により、図３に示
す様にフォトマスクの遮光部エッジよりも内側に光が回
り込み遮光部（画素区画膜）の下まで僅かではあるが光
が到達する。この周りこみはフォトマスクと着色層の距
離が大きい程、広がりが大きい。従来のネガ型感光性着
色層は僅かな光にも感光してしまうため、着色層とフォ
トマスクの間に１．１ｍｍ厚みの透明基板がある背面露
光法では、隣接画素への残渣無しにカラーフィルタを形
成するのは困難であった。本発明は、隣接画素への残渣
が無く混色の無い、カラーフィルタの製造法を提供する
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性基板に
所定のＢＭ等の画素区画膜を形成し、感光性樹脂着色層
を形成し、透光性基板の画素区画膜が形成された面の裏
面に所定の開口部を有するマスクを配置し、マスク開口
部を通して透光性基板の裏面から感光性樹脂着色層に活
性光線を照射し、現像によって所定画素を形成する工程
を所定回数行うカラーフィルタの製造方法であって、前
記感光性樹脂のγ値が５５°〜９０°であることを特徴
とするカラーフィルタの製造法である。光の回折により
発生するフォトマスク遮光部下に回り込んだ光に対し感
光しないせず、隣接画素への残渣発生を防止する。

【００１１】

【発明の実施の形態】ギャップが１．１ｍｍの時の回折
光の光強度を図３に示す。画素内全面を均一に感光する
には露光量は最低露光量Ａの４倍は必要である。また、
隣接画素での露光量は照射する露光量の約１０％であ
る。即ち画素内を均一に感光させるための露光量４×Ａ
を与えた場合、隣接画素での露光量は０．４×Ａとな
る。一般的なネガ型感光性着色材料のγ値は概ね４５°
であり、最低露光量Ａが１００ｍｊ／ｃｍ² であるとす
ると、４０ｍｊ／ｃｍ² 以下の回折光であれば残渣とし
て残らない。この時理想的にできて対応できる画素区画
膜の幅は２０μｍ程度となる。現実問題として、フォト
マスクとガラス基板の位置合わせに於けるずれや入射光
の平行性の問題から、対応できる画素区画膜の幅は広く
なり、開口率が高く高精細なディスプレイを作製するこ
とが困難となる。露光γ値が５５°〜９０°の感光性着
色層を用いることで裕度が広がり、残渣が発生しない。

【００１２】ここでγ値とは、感光性着色層を透明基板
側より活性光線を照射し現像した時の、膜厚が露光量に
依存する領域での膜厚のｌｏｇ（露光量）に対する傾き
（図２）のａｒｃｔａｎ（単位は °）と定義する。γ
値は、画素区画膜の幅、感光性樹脂着色層の厚みによっ
て決められる。γ値は感光性着色層の構成材料である、
感光剤、増感剤、重合禁止剤、重合開始剤、紫外線吸収
剤の種類及び添加量を選ぶことで任意に変化させること
ができる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図４を用いて説明する。透
明基板としてコーニング社＃１７３７ガラス縦２００ｍ
ｍ×横３００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板２を使
用した。画素区画膜１としてカーボンを光硬化性樹脂に
分散させたもの用い、所定の位置に１μｍ形成した。こ
の時の画素区画膜のパターンは幅１５μｍ、ピッチが横
１００μｍ、縦３００μｍ、開口数横６４０×（３色）
列、縦４８０行のマトリックスとした。

【００１４】次に画素形成工程にはいる。感光性着色層
として、仮支持体となるベースフィルム基材として２０
μｍ厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィル
ム１５にクッション層１９を１０μｍ形成したものをベ
ースフィルム２０として用いて、その上に画素母材とな
る着色層３を１．６μｍ塗工した。着色層（ポリマー）スチレン、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、グリシジルメタクリレート共重合体分子量（重量平均）約３．５０００、酸価１１０７０部（モノマー）ペンタエリスリトールテトラアクリレート３０部（光開始剤）イルガキュアー３６９（チバスペシャルティーケミカルズ）２．２部Ｎ，Ｎ−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン２．２部（溶剤）プロピレングリコールモノメチルエーテル４９２部（重合禁止剤）ｐ−メトキシフェノール０．１部（着色剤）顔料２２部（部は重量部である）このカラーフィルムの感光特性は図１に示す様に赤のγ
値は８７°、緑のγ値は８５°、青のγ値は８７°であ
る。このまず第一色目として赤の着色層３ａ−１をラミ
ネート温度６０℃、ラミネート速度１ｍ／ｍｉｎ、ロー
ル圧力５ｋｇ／ｃｍ² でを画素区画膜１を作成したガラ
ス基板２にラミネートする。次に露光工程に入る。露光
としてはプロキシミティ露光機を用いて、フォトマスク
１７を着色層３を形成した側と反対の位置（裏面）に設
置し、フォトマスク１７と画素区画膜１の所定位置が合
う様に位置合わせを行い、フォトマスクを介して、裏面
より４０５ｎｍで４００ｍｊ／ｃｍ² 露光した。ここ
で、着色層形成側と露光ステージ１６が相対する様にし
た。この時フォトマスクの開口は遮光層開口部に対し、
各辺３μｍずつオーバラップさせたレイアウトとした。
基板とフォトマスクのギャップは６０μｍとした。この
ギャップ量は０〜５００の範囲であればいずれでも良
い。次にベースフィルム２０を乾式で剥離し、ついでア
ルカリ水溶液で現像し、２００℃で熱硬化し、画素３ｂ
−１を形成する。この工程を緑、青と繰り返し、画素３
ｂ−２、画素３ｂ−３を形成する。この形成する順番は
問わない。三色形成した後、洗浄を行い、必要に応じて
上にオーバコートを形成し、カラーフィルタが完成す
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタの製造法におい
ては、露光される画素に隣接する露光硬化されるべきで
ない画素が硬化されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の感光性着色層のγ値を説明するための
グラフである。

【図２】ネガ型感光性着色層の感光特性を表したグラフ
である。

【図３】光の回折を説明するための図である。

【図４】本発明に係るカラーフィルタの製造工程を説明
するための断面図である。

【図５】液晶ティスプレイの断面図である。

【図６】従来法で発生する画素突起の断面図である。

【図７】従来法で隣接画素への残渣を説明するための断
面図である。

【符号の説明】

１．画素区画膜２．ガラス基板３．カラー画素４．オーバーコート層（ＯＣ）５．偏光板６．ＩＴＯ電極７．カラーフィルタ８．配向膜９．液晶１０．シ−ル材１１．トップコ−ト層１２．ＩＴＯ電極１３．ガラス基板１４．偏光板１５．ベースフィルム基材１６．露光ステージ１７．フォトマスク１８．フォトマスク遮光膜１９．クッション層２０．ベースフィルム２１．残渣

フロントページの続き (72)発明者吉田健茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式会社筑波開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板に、所定の画素区画膜を形成
し、感光性樹脂着色層を形成し、透光性基板の画素区画
膜が形成された面の裏面に所定の開口部を有すマスクを
配置し、マスク開口部を通して透光性基板の裏面から感
光性樹脂着色層に活性光線を照射し、現像によって所定
画像を形成する工程を所定回数行うカラ−フィルタの製
造法であって、前記感光性樹脂のγ値が５５°〜９０゜
であることを特徴とするカラ−フィルタの製造法。